대부분의 로봇은 전동 액추에이터를 사용하지만 이 작은 로봇은 더 많은 일을 합니다. 연구원들은 작은 개구리 로봇에 폭발적인 점프 능력과 미세한 모터 제어 기능을 제공하는 새로운 유형의 소형 내연 기관을 만들었습니다.
연료를 태워 로봇에 동력을 공급한다는 아이디어는 지난 세기의 이야기처럼 보일 수도 있지만, 코넬대학교 유기로봇공학연구소 연구팀이 지적했듯이 오늘날의 배터리는 무겁고 에너지를 많이 운반하지 못하기 때문에 전동 액추에이터의 성능이 제한된다.
대신 고에너지 화학 연료를 사용한다면 이러한 한계는 훨씬 더 높아질 것이므로 팀은 일반 내연 기관과 매우 유사하게 작동하는 새로운 유형의 빠른 고주파 로봇 액추에이터를 설계하기 시작했습니다.
직경이 약 5밀리미터(0.2인치)인 작은 액추에이터가 메탄과 산소를 간단한 0.09밀리리터 연소실로 끌어들여 불꽃으로 점화시킵니다. 연소실 상단은 자동차 엔진의 피스톤과 같은 기능을 하는 고탄성 실리콘 드래곤 스킨 필름 층으로 덮여 있습니다. 연료가 연소되면 늘어나 연소실의 부피가 팽창했다가 빠르게 회복되어 측면의 작은 구멍을 통해 배기가스를 배출합니다.
이 모든 일은 매우 빠르게 발생하지만 최종 결과는 충격이 클수록 멤브레인이 더 많이 튀어 나오는 것입니다. 이 액추에이터는 9.5N을 초과하는 힘으로 최대 140%의 캐비티 부피 확장으로 충격을 처리할 수 있으며 필요한 경우 초당 100회 이상의 빈도로 매우 빠르게 작동합니다.
코넬 팀은 작고 단단한 네 발 달린 개구리 로봇의 발 패드 위에 이러한 소형 연소 액츄에이터의 3D 프린팅 프로토타입을 내장하여 특정 액츄에이터의 막이 튀어 나올 때마다 발이 아래로 밀려나게 했습니다. 그들은 액츄에이터의 스파크 주파수, 연료 등가비 및 연료 흐름을 변경하는 제어 방식을 설계한 다음 이러한 제어 장치를 왼쪽 다리 2개와 오른쪽 다리 2개 제어와 결합한 다음 로봇이 무엇을 할 수 있는지 알아보기 시작했습니다.
그들은 로봇이 진동하는 보행으로 앞으로 기어가고 더 높은 표면을 포함하여 다양한 높이에서 앞으로 점프하도록 하는 데 성공했습니다. 그들은 회전을 기반으로 구불구불한 앞으로 걷는 보행을 만들고 그 자리에서 시계 방향이나 시계 반대 방향으로 회전하게 했습니다.
액추에이터의 폭발력을 보여주기 위해 로봇을 공중에서 56cm(1.8피트) 높이 점프하게 만들었고, 로봇이 단단하고 마찰이 적고 마찰이 적고 느슨한 다양한 표면에서 움직일 수 있음을 보여주었습니다. 그들은 또한 로봇에 32그램의 화물(로봇 자체 무게의 22배 이상)을 실었고 여전히 로봇의 움직임을 제어할 수 있음을 보여주었습니다.
마지막으로, 이 작은 액추에이터는 초고속 이동이 필요할 때 로봇 공학자들에게 편리한 추가 옵션을 제공할 수 있습니다. Atlas가 다리 유압 장치 또는 화력 펀치로 폭발적인 지원을 제공할 수 있다면 얼마나 좋을지 상상해 보십시오.
해당 연구는 사이언스 저널에 게재됐다. 아래 비디오를 시청하세요.